Dilatação térmica

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Universidade Federal do Ceará – UFC 
Centro de Ciências 
Departamento de Física 
Disciplina de Física Experimental para Engenharia 
Semestre 2019.2 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 09 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno (A): Marisa Queiroz Mendonça 
Curso: Engenharia Ambiental 
Matricula: 473829 
Turma: 27 
Professor: Luiz Felipe 
Data de realização da prática: 20/09/2019 
Horário de realização da prática: 10:00 – 12:00 
 
04 de outubro de 2019. 
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Sumário 
 
1. Objetivos _____________________________________________________________ 3 
2. Material ______________________________________________________________ 3 
3. Introdução ____________________________________________________________ 4 
4. Pré-Laborátorio ________________________________________________________ 4 
5. Procedimentos _________________________________________________________ 5 
6. Questionário ___________________________________________________________ 6 
7. Conclusão _____________________________________________________________ 9 
8. Referências ____________________________________________________________ 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Objetivos 
- Determinação do coeficiente de dilatação linear dos sólidos; 
- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica. 
2. Material 
- Dilatômetro; 
- Tubos ocos de: aço, latão e alumínio; 
- Relógio comparador; 
- Kitassato (pyrex); 
- Termômetro; 
- Lâmina bimetálica; 
- Fita métrica; 
- Luvas térmicas; 
- Fogareiro elétrico. 
 
 
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3. Introdução 
 
Parafraseando o site Toda Matéria sobre o assunto “Dilatação Térmica”: O fenômeno 
conhecido como dilatação térmica se dá pelo efeito causado no espaço físico de materiais 
quando submetidos a variações de temperatura. E é dado pelas seguintes fórmulas: 
 
Existem três tipos de dilatação nos sólidos: linear, superficial e volumétrica. A linear, 
abordada durante a aula prática, é considerada apenas em uma dimensão e a variável é o 
comprimento. A superficial é considerada em duas dimensões com variável área, sendo duas 
vezes maior que o coeficiente linear. E a volumétrica, como o nome, diz respeito ao volume do 
corpo, sendo três vezes maio que o coeficiente linear. 
 Ainda é importante destacar a dilatação térmica dos líquidos e dos gases. Por não 
apresentarem forma específica, o cálculo da dilatação dos líquidos é dado pela fórmula 
volumétrica. 
Um balão de voo funciona através do aquecimento do ar interno, que se dilata, ocupando 
um volume maior e enchendo o balão. Essa ideia está de acordo com a teoria da lei de dilatação, 
mas quando se refere aos gases, há uma pequena diferença: o coeficiente de dilatação 
volumétrica é igual para todos os gases. 
 
4. Pré-Laborátorio 
Uma ponte de aço tem 250m de comprimento. Ache a variação de comprimento devida 
à expansão térmica quando a temperatura varia de 15 ºC a 35 ºC. O coeficiente de expansão 
linear do aço é 1,1 x 10-5 ºC-1. 
 Tabela 1. Resolução pré-laboratório 
α = 
ΔL 
𝐿𝑜 𝑥 ΔT
 
1,1 x 10-5 = 
ΔL 
250 𝑥 20
  ΔL = 0,055 m 
Fonte: autor. 
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5. Procedimentos 
A prática ocorreu com a divisão de grupos e sobre a bancada haviam os materiais 
necessários para realizar o experimento. De início, foi preciso posicionar o tubo nas hastes de 
sustentação do dilatômetro, medir o comprimento que será considerado na dilatação e a 
temperatura inicial, zerar o relógio comparador, conectar o tubo no cabo do kitassato e ligá-lo 
para aquecimento. Quando o líquido começasse a entrar em ebulição em certa temperatura e o 
relógio ficasse constante, ambos deveriam ser anotados. O processo seria repetido em todos os 
três tubos. 
 
PROCEDIMENTO: 
 
1 – Monte a experiência conforme indica a figura 9.1. Tomando as seguintes precauções: 
1.1. Suspenda o tubo escolhido nas hastes de sustentação do dilatômetro. 
1.2. Fixe o tubo na haste próxima a entrada de vapor de água e deixe a outra extremidade 
livre para mover o pino do relógio comparador. 
1.3. Verifique se o relógio comparador está fixado na terceira haste de modo que o 
mesmo toque a extremidade fechada do tubo oco. Lembre-se de zerar o relógio 
comparador antes de iniciar o aquecimento. Para isto, gire o mostrador do relógio 
até que o “zero” coincida com a posição do ponteiro. 
1.4. Posicione a saída lateral do tubo inclinada para baixo. Isso facilitará a saída de água 
que eventualmente venha a se condensar dentro do tubo. Coloque um recipiente para 
receber a água eventualmente condensada no tubo. 
 
2 – Meça o comprimento L0, à temperatura inicial, da porção do tubo considerada na dilatação 
(comprimeto do tubo entre o ponto de fixação, na haste próxima a extremidade do mesmo por 
onde se dá a entrada do vapor de água e extremidade fechada que toca o relógio comparador). 
Anote na Tabela 2. 
3 – Anote a temperatura inicial, t (temperatura ambiente). 
4 – Quando o ponteiro estacionar e e estiver saindo vapor pela saída lateral do tubo oco, anote 
a temperatura final, t’ (temperatura do vapor d’água) e a medida de dilatação, ΔL (medida do 
relógio comparador). 
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5 – Repita o procedimento para os outros tubos. Tenha cuidado ao trocar as amostras pois a 
temperatura pode estar elevada e provocar queimaduras. Utilize as luvas térmicas. 
6 – Indique na Tabela 2 as unidades utilizadas. 
Tabela 2. Resultados experimentais 
MATERIAL Lo (cm) t (ºC) t’ (ºC) ΔL (mm) α (ºC
-1) 
ALUMÍNIO 52,3 25 93 0,92 2,59 x 10-5 
LATÃO 51,8 26,2 93,5 0,74 2,12 x 10-5 
AÇO 51,8 25 93 0,49 1,39 x 10-5 
Fonte: autor. 
 7 – Determine o coeficiente de dilatação linear de cada material fornecido. 
Tabela 3. 
Aço: 
α = 
0,49 (mm) 
518 (𝑚𝑚)𝑥 (93−25)º𝐶
 
α = 1,39 x 10-5 
 
Alumínio: 
α = 
0,92 (mm) 
523 (𝑚𝑚)𝑥 (93−25)º𝐶
 
α = 2,59 x 10-5 
 
Latão: 
α = 
0,74 (mm) 
518 (𝑚𝑚)𝑥 (93,5−26,2)º𝐶
 
α = 2,12 x 10-5 
Fonte: autor. 
 
6. Questionário: 
1 – Compare o coeficiente de dilatação linear encontrado experimentalmente para cada 
material fornecido com os valores respectivos da literatura. Indique o erro percentual 
em cada caso. 
A diferença nos coeficientes de dilatação foi bem considerável. Essa margem de erro 
talvez fosse por causa da diferença de temperatura analisada, já que os valores da literatura são 
baseados na temperatura de 100-390 ºC para o alumínio e o latão e 540-980 ºC para o aço ou 
mesmo pela pureza dos objetos. 
Tabela 4. Erro percentual. 
Alumínio: 
2,50 x 10-5 ---- 100% 
2,59 x 10-5 ---- x 
x = 103,6% - 100% 
x = 3,6% 
Latão: 
1,80 x 10-5 ---- 100% 
2,12 x 10-5 ---- x 
x = 117,8% - 100% 
x = 17,8% 
Aço: 
1,1 x 10-5 ---- 100% 
1,39 x 10-5 ---- x 
x = 126,4% - 100% 
x = 26,4% 
Fonte: autor 
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2 – Na figura abaixo, vemos uma junta de dilatação em uma ponte. Justifique a 
necessidade de juntas de dilatação em pontes e outras estruturas em função dos 
resultados da prática realizada. 
 
As juntas de dilatação servem para que o material tenha certo espaço quando a 
temperatura aumentar e houver a dilatação do mesmo, impedindo qualquer dano oriundo de 
grandes movimentações, aquecimento, resfriamento, entre outros. Outro exemplo que carrega 
o mesmo fenômeno é o espaço deixado entre azulejos, o que impede que eles quebrem, caso 
haja dilatação devido ao aquecimento. 
 
3 – Uma lâmina bimetálica consiste em duas tiras metálicas rebitadas e é utilizada como 
elemento de controle em um termostato comum. Explique como ela funciona. 
Uma lâmina bimetálica é composta por duas tiras de materiais diferentes, logo, tem 
coeficiente de dilatação diferentes. Quando aquecidas, elas aumentam seu comprimento 
desigualmente. 
Estão presentes, majoritariamente, em aparelhos eletrônicos e elétricos. A corrente 
elétrica que passa por eles causa aquecimento dos fios condutores, podendo prejudicar o 
funcionamento destes. Casohaja temperatura maior que a suportável, as lâminas são aquecidas 
e se curvam, interrompendo a corrente elétrica, quando esfriam, elas voltam ao formato inicial, 
o que retorna a passagem de eletricidade. 
 
4 – Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da 
temperatura, o relógio de pêndulo passa a adiantar, atrasar ou permanece marcando 
as horas corretamente? 
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Como sabemos, o período de um pêndulo depende do comprimento da haste e da 
aceleração da gravidade, esta última não passa por grandes alterações na superfície terrestre, 
abrindo espaço para o comprimento da haste ser fator marcante para que o relógio atrase 
em dias quentes e adiante em dias frios. 
A ideia presente é: o material da haste de um relógio de pêndulo sofre dilatação térmica, 
portanto, com aumento da temperatura, seu comprimento aumenta, fazendo com que o 
período se torne maior, enquanto que na diminuição da temperatura, seu comprimento 
diminui, ou seja, seu período passa a correr mais rápido. 
 
5 – Uma pequena esfera de alumínio pode atravessar um anel de aço. Entretanto, 
aquecendo a esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. (a) O que aconteceria 
se aquecêssemos o anel e não a esfera? (b) O que aconteceria se aquecêssemos 
igualmente o anel e a esfera? 
a) A esfera ainda passaria por dentro do anel porque o anel de aço dilataria. 
b) A esfera de alumínio ficaria maior que o anel de aço por ter maior coeficiente de 
dilatação e não seria mais possível atravessar o anel. 
 
6 – Explique porque a superfície de um lago congela-se primeiro quando a temperatura 
ambiente baixa para valores igual ou abaixo de zero grau Celsius. 
A água tem propriedades bastante diferentes e a que determina o congelamento superior 
dos lagos é a sua densidade. Por exemplo, a água em 4 ºC atinge sua máxima densidade, sendo 
esta maior que a densidade da água líquida quente (no caso do lago, a água mais profunda), por 
causa de um fenômeno chamado convecção, a água fria desce para o fundo enquanto a água 
quente sobe. 
Essa convecção acontece de forma constante, até que a água atinja a temperatura de 4 
ºC, menor que isso, ela passa a congelar, e não determina mais que a água fria afunde, fazendo 
com que a superfície dos lagos congele. 
 
 
 
 
 
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7 – Um orifício circular numa chapa de alumínio tem diâmetro de 43,6 cm a 25ºC. Qual 
o seu diâmetro quando a temperatura da lâmina aumentar para 100ºC? (α = 23 x 10-
6 ºC-1). 
Tabela 5. Diâmetro. 
ΔT = 100 – 25 = 75 ºC 
Lo = 43,6 cm 
α = 23 x 10-6 ºC-1 
ΔL = ? 
 
23 x 10-6 = 
ΔL
43,6 𝑥 75
 
ΔL = 0,07521 cm 
Diâmetro: 43,67521  43,8 cm 
Fonte: autor 
 
7. Conclusão 
Com o decorrer da atividade prática é possível saber o processo para se obter o valor do 
coeficiente de dilatação de sólidos e líquidos e como essa propriedade exerce importância no 
estudo da engenharia. Esses materiais fazem presença sempre em construções, meios de 
transporte, equipamentos eletrônicos, entre outros, e saber manuseá-los resulta na busca de 
estratégias para evitar que certos mecanismos aconteçam e causem grandes desastres. 
 
8. Referências 
 Publicado por: Rosimar Gouveia em Toda Matéria. Dilatação Térmica. 
<https://www.todamateria.com.br/dilatacao-termica/> Acesso em 01/10/19. 
https://www.todamateria.com.br/dilatacao-termica/